Je schwerer ein Kraftfahrzeug, desto höher sein Abgasausstoß. Die Automobilindustrie versucht seit Jahren gegenzusteuern, indem vermehrt Leichtbauteile zum Einsatz kommen. Diese bestehen in der Regel aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Das Fraunhofer ITWM unterstützt mit seiner Simulations-Expertise die Entwicklung neuartiger CFK-Fasern im Projekt ProStAir.
Die CO2-Bilanz von originären Carbonfasern (CF) wird kritisch gesehen, aufgrund der energieintensiven Herstellung, die das Material zudem teuer macht. Kostengünstiger sind recycelte Carbonfasern (rCF), die zu Vliesstoffen verarbeitet und für CFK-Bauteile verwendet werden. Deren Festigkeit ist jedoch geringer als die auf CF-Gelegen basierenden CFK.
Untersuchung aerodynamischer Wirrvliese
Im neuen Projekt ProStAir (Prozess- und Strukturmodellierung für neuartige Airlay- Carbonfaservliesstoffe und deren Isotropieverhalten) untersuchen Fraunhofer- Forscherinnen und -Forscher die Belastbarkeit dieser Materialien. Sie gehören zu den aerodynamischen Wirrvliesen; produziert werden sie in sogenannten Airlay-Anlagen.
Hier wird das Rohmaterial, beispielsweise Fasermatten aus nachwachsenden Rohstoffen oder recycelten Kunststofffasern, geöffnet und die Fasern mit der Walze in den Luftstrom eingebracht. Das Luft-Faser-Gemisch landet dann auf einem Band und wird dort durch Absaugung verdichtet. Ziel der Vliesstoffproduzenten ist es, bei möglichst geringem Einsatz von Rohmaterial maximal voluminöse Vliesstoffe herzustellen.
Das Airlay-Verfahren ist äußerst wirtschaftlich und eignet sich besonders gut für die Verarbeitung von rCF. Zudem bietet es die Möglichkeit, die Fasern in der Fläche und sogar im Raum gezielt auszurichten. Bislang wurden die komplexen Maschineneinstellungen nur empirisch gefunden. Diese Vorversuche kosten Zeit, Material und Energie.
Airlay modellieren und simulieren
Ziel von ProStAir ist es, die rCF-Vliesstoffherstellung mittels Airlay modellieren und simulieren zu können und eine Software zu entwickeln, mit der Vlieshersteller ihre Maschinen effizienter steuern können. Sie sparen also Material und Zeit. Die Aufgabe des Fraunhofer ITWM erläutert, Johannes Schnebele, Mitarbeiter der Abteilung Transportvorgänge: »Wir werden die am ITWM entwickelten Softwaretools dazu einsetzen die Isotropie und Festigkeit des Vliesstoffes vorherzusagen und zeigen wie diese Eigenschaften durch Prozessparameter gesteuert werden können.
Projektpartner des Fraunhofer ITWM ist das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) in Chemnitz. Dort steht die Airlay-Anlage, auf der die Vliesstoffherstellung erprobt wird.
Bu: Schematische Darstellung des Airlay-Prozesses © Fraunhofer ITWM
Quelle Text/Bild:
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
www.itwm.fraunhofer.de
Kaiserslautern, 07.11.2019
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